ระบบเผาแก๊สทิ้ง (Flare system) ตอนที่ ๓ Seal drum และ Quench drum MO Memoir : Friday 8 March 2556

เนื้อหาในบันทึกฉบับนี้ยังคงอิงจาก "Guide for Pressure-Relieving and Depressuring Systems" API RP 521 4th edition, March 1997 พึงระลึกว่า API RP นี้เป็น "Recommended Practice" ถ้าจะแปลออกมาก็คือ "แนวปฏิบัติที่แนะนำ" นั่นแสดงว่าไม่ได้หมายความว่า "ต้อง" ทำตามที่เขียนไว้ใน API RP เสมอไป มันไม่เหมือน "Standard - มาตรฐาน" หรือ "Regulation - กฎข้อบังคับ" ที่ต้องปฏิบัติตามทุกตัวอักษร

Memoir ๒ ฉบับที่เกี่ยวข้องกับเรื่องนี้คือ

ปีที่ ๕ ฉบับที่ ๕๖๑ วันพฤหัสบดีที่ ๑๐ มกราคม ๒๕๕๖ เรื่อง "Liquid seal และ Water seal ตอนที่ ๑ การป้องกันแก๊สไหลสวนทาง" และ

ปีที่ ๕ ฉบับที่ ๕๖๒ วันเสาร์ที่ ๑๒ มกราคม ๒๕๕๖ เรื่อง "Liquid seal และ Water seal ตอนที่ ๒ การรักษาระดับของเหลวและความดันLiquid seal และ Water seal ตอนที่ ๒ การรักษาระดับของเหลวและรักษาความดัน"

"Seal drum" ในที่นี้ไม่ได้แปลว่ากลองแมวน้ำ แต่หมายถึงถังที่ใช้ป้องกันการไหลย้อนกลับของแก๊ส ในกรณีที่ใช้กับระบบ flare ก็จะทำหน้าที่ป้องกันไม่ให้อากาศและเปลวไฟไม่ให้เข้าไปในระบบท่อ flare

ที่ปากปล่อง flare หรือ flare tip นั้นจะมีการจุดไฟที่เรียกว่า pilot (โดยใช้ LPG เป็นเชื้อเพลิง) รอเอาไว้ตลอดเวลา pilot นี้จะวางอยู่รอบ ๆ flare tip (จะเล่าในเรื่องถัดไป) และได้รับการออกแบบมาให้ลุกติดตลอดเวลาไม่ว่าจะมีฝนตกหนักหรือลมแรงเท่าใด ดังนั้นเมื่อใดก็ตามที่มีแก๊สที่เผาไหม้ได้ไหลผ่านมาถึง flare tip แก๊สนั้นก็จะลุกติดไฟโดยอาศัยเปลวไฟจาก pilot นี้ทันที

รูปที่ ๑ Seal drum จะติดตั้งก่อนที่แก๊สจะไหลเข้า flare stack

โดยปรกติแล้วระบบ flare ควรมีแก๊สไหลออกตลอดเวลา (จะเป็นแก๊สเชื้อเพลิงหรือแก๊สเฉื่อยก็ได้) แต่ก็อาจมีบางขณะที่ไม่มีแก๊สไหลออก ในช่วงเวลาที่ไม่มีแก๊สไหลออกนี้จะเป็นโอกาสที่จะทำให้อากาศแพร่ไหลย้อนเข้าไปใน flare stack ได้ (ดูรูปที่ ๑) และเมื่อมีแก๊สที่ลุกติดไฟได้ไหลออกมา แก๊สนั้นมีโอกาสที่จะผสมกับอากาศเป็นส่วนผสมที่ลุกติดไฟได้ และเมื่อไหลไปถึง flare tip ก็จะถูกจุดให้เผาไหม้ และจะเกิดเปลวไฟวิ่งย้อนลงมาตามปล่อง flare ได้
  

เพื่อป้องกันไม่ให้อากาศมีโอกาสไหลย้อนเข้าไปในระบบลึกเกินไปเวลาที่ไม่มีแก๊สไหลออกระบบ flare และป้องกันไม่ให้เปลวไฟที่เกิดจากการเผาไหม้วิ่งย้อนกลับเข้าไปในระบบ จึงต้องมีการติดตั้ง seal drum เอาไว้ระหว่างปล่อง flare กับ knockout drum ใน seal drum นั้นจะบรรจุน้ำเอาไว้ แก๊สที่ไหลเข้ามาจะออกทางท่อที่จุ่มอยู่ใต้ผิวน้ำ (รูปที่ ๒) ในกรณีที่ไม่มีแก๊สไหลออก น้ำก็จะเป็นตัวปิดกั้นการไหลของอากาศและเปลวไฟ ถ้ามีอากาศแพร่ย้อนเข้ามาก็จะไม่สามารถแพร่เข้าไปในท่อแก๊สไหลเข้าได้ และถ้ามีเปลวไฟวิ่งสวนทางย้อนลงมา ก็จะมาสิ้นสุดที่ seal drum ดังนั้น seal drum จึงควรได้รับการออกแบบให้รับแรงระเบิดจากเปลวไฟที่วิ่งย้อนเข้ามาด้วย
  

เนื่องจากท่อแก๊สที่ไหลเข้า seal drum นั้นจุ่มอยู่ใต้ผิวน้ำประมาณ 4 นิ้วหรือ 10 เซนติเมตร ดังนั้นแก๊สที่จะไหลผ่าน seal drum ไปได้นั้นต้องมีความดันอย่างน้อย 4 นิ้วน้ำ ค่าความดันค่านี้เป็นการ back pressure ที่น้อยที่สุดในการออกแบบวาล์วระบายความดัน (relieving valve) ที่ระบายแก๊สเข้าระบบท่อ flare (ความดันต้านการไหลด้านขาออกของ relieving valve) ที่บอกว่าเป็นค่าความดันที่น้อยที่สุดก็คือกรณีที่ระบบนั้นมีวาล์วระบายความดันเปิดเพียงตัวเดียว แต่ถ้าวาล์วระบายความดันมีการเปิดหลายตัวพร้อมกัน ค่าความดัน back pressure ก็จะสูงกว่านี้
  

เพื่อรักษาระดับน้ำใน seal drum ให้คงที่ตลอดเวลา จึงใช้การเปิดน้ำเข้า seal drum ตลอดเวลา และควบคุมระดับด้วยการใช้ U-loop (ในรูปที่ ๒ เรียกว่า sewer seal) การทำงานของ U-loop ตัวนี้เล่าเอาไว้แล้วในบันทึกฉบับที่ ๕๖๑ และ ๕๖๒ ที่เกริ่นเอาไว้ตอนเริ่มต้นบันทึกฉบับนี้

ยังมีอุปกรณ์อีกตัวหนึ่งที่มีการทำหน้าที่คล้ายทั้ง seal drum คือ quench drum (รูปที่ ๓) quench drum นี้จะมีน้ำ (หรือของเหลวชนิดอื่น ขึ้นอยู่กับแก๊สที่ต้องการชะล้าง) ฉีดเข้าทางด้านบนของถัง แก๊สที่ไหลเข้ามาจะออกยังปลายท่อที่จุ่มอยู่ใต้ผิวของเหลวในถัง เมื่อแก๊สร้อนที่มีส่วนที่ควบแน่นได้ (หรือละลายได้ในของเหลวที่ฉีดลงมา) สัมผัสกับของเหลวที่ฉีดลงมา องค์ประกอบที่ควบแน่นได้ (หรือละลายได้) ก็จะถูกชะลงเบื้องล่างมาพร้อมกับของเหลว ส่วนแก๊สก็จะถูกส่งต่อไปยังระระบบระบายต่อไป (เช่นออกปล่อยออกสู่บรรยากาศโดยตรง หรือส่งเข้าระบบ flare) quench drum ในที่นี้แตกต่างจาก scrubber ตรงที่ตัว scrubber นั้นไม่มีระบบ liquid seal ใน API RP 521 กล่าวถึงการใช้ quench drum ในการดักจับไอแก๊สร้อนที่มีไฮโดรคาร์บอนที่ควบแน่นได้ผสมอยู่ โดยของเหลวที่ฉีดพ่นลงมานั้นอาจเป็นน้ำหรือพวกน้ำมันหนัก (จุดเดือดสูง) ก็ได้

ตอนต่อไปจะเป็นเรื่องเกี่ยวกับ flare tip (ปากปล่อง flare ที่เป็นที่เกิดการเผาไหม้) และตำแหน่งติดตั้งของมัน ซึ่งทำให้เกิดการแยกออกเป็น ground flare (ระบบเผาทิ้งที่อยู่ระดับพื้น) และ elevated flare (ระบบเผาทิ้งที่เราเห็นเป็นปล่องสูง ๆ มีไฟลุกติดอยู่ข้างบน)

รูปที่ ๒ ตัวอย่าง Water seal drum (จาก API RP 521) ภาพบนเป็นภาพระบบรวมทั่วไป ส่วนภาพล่างเป็นส่วนขยายของส่วนท่อที่จุ่มอยู่ในน้ำ (1) U-loop เพื่อรักษาระดับน้ำใน seal drum ให้คงที่ (2) Vent ที่ส่วนบนสุดของ U-loop เพื่อป้องกันการเกิดกาลักน้ำ (3) ปลายท่อระบายน้ำออกอยู่สูงจากระดับก้นถัง เพื่อป้องกันไม่ให้ของแข็ง (ที่อาจมี) ไหลเข้าไปอุดตันท่อ U-loop (4) ระดับความลึกที่น้อยที่สุดที่แก๊สต้องมีแรงดันเพื่อจะไหลผ่านพ้นชั้นน้ำออกไปได้ ในรูปคือ 4 นิ้วน้ำ (หรือ 10 เซนติเมตรน้ำ) ดังนั้นค่า ๆ นี้จะเป็นค่า minimum back pressure ของระบบท่อ flare กล่าวอีกนัยหนึ่งก็คือแก๊สจะไหลผ่าน Water seal drum ออกไปที่ flare stack ได้จะต้องมีความดันไม่น้อยกว่า 4 นิ้วน้ำ (5) ที่อัตราการไหลแก๊สต่ำ แก๊สจะไหลออกทางช่องรูปสี่เหลี่ยมที่อยู่ด้านบนช่องรูปสามเหลี่ยม แต่เมื่อแก๊สไหลเร็วขึ้น (ความดันก็เพิ่มขึ้นตาม) จำเป็นต้องมีช่องทางการไหลที่กว้างขึ้น ช่องสำหรับให้แก๊สไหลออกก็เลยค่อย ๆ โตขึ้นเป็นรูปสามเหลี่ยม และยังมีการเจาะช่องรูปสามเหลี่ยมเพิ่มขึ้นเพื่อช่วยในการระบายแก๊สเมื่อมีอัตราการระบายสูง

รูปที่ ๓ Quench drum ใช้สำหรับดักไอที่มีของเหลวที่ควบแน่นได้ เช่นในรูปเป็นไอไฮโดรคาร์บอนที่ไหลเข้าท่อทางด้านซ้าย โดยปลายท่อแก๊สไหลเข้านั้นจะจุ่มอยู่ในน้ำที่อยู่ทางซีกซ้ายของ drum ไอไฮโดรคาร์บอนบางส่วนจะควบแน่นในขณะที่ไหลผ่านน้ำ และส่วนที่เหลือจะควบแน่นเมื่อแก๊สที่ไหลออกนั้นสัมผัสกับน้ำที่ฉีดลงมาจากทางด้านบน ไฮโดรคาร์บอนที่เป็นของเหลวที่ลอยอยู่บนผิวหน้าน้ำทางซีกซ้ายจะไหลล้นข้ามแผ่น baffle (1) มาสะสมอยู่ทางฝั่งซีกขวาของก้นถัง ดังนั้นเราจะสามารถจะระบายไฮโดรคาร์บอนที่ควบแน่นออกได้โดยการเปิดวาล์ว (2) ด้านล่างของถังเพื่อระบายน้ำทางซีกขวาออก โดยที่ระดับน้ำทางซีกซ้ายนั้นยังคงเดิม ทำให้ระบบยังรักษาความสามารถในการป้องกันการไหลย้อนกลับได้อยู่

ถัง MO Memoir : Thursday 10 May 2555

มีบางรายงานเขาบอกว่าอุบัติเหตุเกิดในระหว่างการถ่ายโทลูอีนจาก "ถัง" 

 

"ถัง" ในที่นี้คือภาชนะที่ใช้บรรจุของเหลวหรือแก๊ส

คำถามก็คือเมื่อได้ยินคำว่า "ถัง" คุณคิดว่ามันมีรูปร่างหน้าตาและขนาดเท่าใด

รูปที่ ๑ ภาพข่าวจากที่มีการเอ่ยถึงถังใส่โทลูอีน (จาก http://www.dailynews.co.th/thailand/113170)

คำภาษาอังกฤษที่แปลว่า "ถัง" ในภาษาไทยมีอยู่หลายคำด้วยกันคือ "Bucket" "Drum" "Vessel" และ "Tank"

"Bucket" คือถังที่เราเรียกว่าถังน้ำที่ใช้ทั่วไปในบ้านเรือนต่าง ๆ เพื่อการซักล้าง ตักน้ำ เทปูน ฯลฯ (คนละอันกับถังเก็นน้ำประปาสำหรับเครื่องปั๊มน้ำจ่ายน้ำเข้าบ้านนะ) คิดว่าถึงไม่มีรูปให้ดูก็คงนึกภาพออกเองนะ

"Tank" ก็แปลว่าถัง (มันแปลว่า "รถถัง" ด้วย แต่ไม่เกี่ยวกับงานนี้) ถ้าเป็นการใช้งานด้านเก็บน้ำ มันก็มีขนาดตั้งแต่ไม่กี่ลูกบาศก์เมตรที่ใช้เก็บน้ำตามบ้านหรืออาหาร ซึ่งอาจเป็นถังสำเร็จรูป หรือก่อสร้างเป็นบ่อพักเก็บน้ำ ถ้าเป็นงานประปาก็จะเห็นเป็นสิ่งก่อสร้างสูงที่มีถังเก็บน้ำอยู่ด้านบน

ถ้าเป็นในอุตสาหกรรมจะหมายถึงสิ่งก่อสร้างขนาดใหญ่รูปทรงกระบอก อาจวางอยู่บนพื้นหรือฝังอยู่ใต้ดินก็ได้ มักใช้สำหรับเก็บของเหลวที่ความดันบรรยากาศที่เรียกว่า "atmospheric tank" ถังพวกนี้มักไม่ได้ออกแบบมาเพื่อให้ทำงานที่ความดันสูงหรือต่ำกว่าความดันบรรยากาศ ขนาดอาจมีตั้งแต่เส้นผ่านศูนย์กลางไม่กี่เมตรสูงไม่กี่เมตร ไปจนถึงเส้นผ่านศูนย์กลางขนาดระดับ ๑๐๐ เมตรสูงหลายสิบเมตร (ดังรูปที่ ๒) ถังเก็บของเหลวเหล่านี้มักอยู่รวมเป็นกลุ่มในบริเวณที่เรียกว่า "Tank farm"

รูปที่ ๒ รูปนี้ผมเอามาจากภาพถ่ายดาวเทียมจาก www.thailand-map-guide.com ของบริเวณ tank farm ของโรงกลั่นน้ำมันแห่งหนึ่ง จะเห็นถังเก็บน้ำมัน (tank) ที่มีขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางประมาณ ๑๐๐ เมตร (เส้นสีเหลืองที่แสดงคือสเกล ๑๐๐ เมตร) และ tank ขนาดเล็กอยู่ทางด้านซ้ายบนของรูป

ปรกติ Tank จะใช้เก็บสารที่เป็นของเหลวที่อุณหภูมิห้องและความดันบรรยากาศ เช่นพวกที่มีจุดเดือดสูงกว่าอุณหภูมิห้อง (อันนี้ต้องคำนึงถึงอุณหภูมิเวลาที่ต้องตากแดดในฤดูร้อนด้วย) แต่ถ้าเป็นพวกที่ระเหยได้ง่าย หรือต้องการเก็บสารที่ปรกติเป็นแก๊สที่อุณหภูมิห้องในปริมาณมาก ก็จะใช้วิธีลดอุณหภูมิของสารเหล่านั้น ถ้าเป็นแก๊สที่ถูกทำให้เป็นของเหลวก็จะเรียกว่า "Cryogenic tank"

ในหลาย ๆ โรงงานเวลาตั้งชื่อถังต่าง ๆ ก็มักจะใช้ชื่อ T-xxxx หรือ TK-xxxx คือ T หรือ TK ย่อมาจากคำว่า Tank ส่วน xxxx ก็คือตัวเลข ส่วนจะมีตัวเลขกี่ตัวนั้นก็ขึ้นอยู่กับขนาดของโรงงานนั้นว่ามีอุปกรณ์จำนวนมากน้อยเท่าใด และต้องการให้ตัวเลขแต่ละตัวสื่อความหมายอะไรบ้าง

"Drum" และ "Vessel" ก็แปลว่าถังเช่นเดียวกัน (ในที่นี้ drum ไม่ได้แปลว่า "กลอง") ลักษณะส่วนใหญ่เป็นถังทรงกระบอก หัว-ท้ายมีฝาปิดแบบมน (ซึ่งอาจโค้งเป็นรูปครึ่งวงกลมหรือครึ่งวงรี) วางตั้งหรือวางนอนก็ได้ ขึ้นอยู่กับการออกแบบและการใช้งาน มีทั้งทำงานที่ความดันบรรยากาศ ความดันต่ำกว่าบรรยากาศ และความดันสูงกว่าบรรยากาศ ถ้าใช้งานที่ความดันสูงกว่าบรรยากาศก็จะเรียกว่า "Pressure vessel" ไม่มีใครเรียกว่า "Pressure drum"

Drum/Vessel ใช้ทำหน้าที่หลายอย่างเช่น เป็นที่เก็บของเหลวหรือแก๊ส ใช้เป็นถังปฏิกรณ์เคมี (chemical reactor) ใช้แยกเฟสระหว่างของแข็ง-ของเหลว-แก๊ส ใช้เป็นหอกลั่น (distillation column) หอสกัด หอดูดซับ ฯลฯ

ขนาดก็มีตั้งแต่ขนาดถังแก๊สหุงต้มตามบ้าน ไปจนถึงพวกหอกลั่นที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางหลายเมตรและสูงหลายสิบเมตร

โรงงานที่ใช้คำว่า "Drum" พอตั้งชื่ออุปกรณ์ก็จะมักจะใช้รหัส D-xxxx คือ D ย่อมาจาก Drum และตามด้วยตัวเลข แต่ถ้าใช้คำว่า "Vessel" ก็มักจะใช้ชื่ออุปกรณ์เป็น V-xxxx คือ V ย่อออกมาจาก Vessel และตามด้วยตัวเลข

รูปที่ ๓ De-Ethanizer Reflux Drum (ถังสีแดง) ของหอกลั่นแยกอีเทน-เอทิลีน ชื่อมันก็บอกอยู่แล้วกำจัดอีเทน

(รูปจาก http://www.inmasteel.com.sa/photo-gallery/album/vessel/index.htm)

ถ้าเป็น pressure vessel ที่ใช้เก็บสารที่ปรกติเป็นแก๊สที่อุณหภูมิห้องและความดันบรรยากาศ แต่สามารถอัดให้เป็นของเหลวได้ที่อุณหภูมิห้องที่ความดันสูงขึ้น (เช่นพวกแก๊สหุงต้ม) ถ้าเก็บในปริมาณไม่มากก็จะใช้ pressure vessel ที่เรียกว่าชนิด "Bullet type" คือเป็นถังทรงกระบอกยาววางแนวนอน แต่ถ้าเก็บในปริมาณมากก็จะเก็บในถังทรงกลมที่มักเรียกเป็นภาษาไทยว่า "ถังลูกโลก" หรือ "Spherical type" (ดูรูปที่ ๔)

รูปที่ ๔ รูปนี้ผมเอามาจากภาพถ่ายดาวเทียมจาก www.thailand-map-guide.com เช่นเดียวกัน แสดงบริเวณถังเก็บ LPG แบบลูกโลก (spherical type) และแบบชนิดถังยาววางแนวนอน (bullet type) ของโรงแยกแก๊สแห่งหนึ่ง

ข่าวที่แสดงในรูปที่ ๑ นั้นบอกว่า ".... ระหว่างที่เจ้าหน้าที่เปลี่ยนถ่ายไปสู่ถังใหม่เกิดความร้อน ทำให้สารดังกล่าวที่เป็นวัตถุไวไฟระเบิดขึ้น ...."

ตรงนี้มีผมเห็นว่าประเด็นที่ต้องพิจารณาคือ การเปลี่ยนถ่ายโทลูอีนจากถังหนึ่งไปยังอีกถังหนึ่งโดยไม่มีการใช้อุปกรณ์เช่นปั๊มนั้นสามารถทำให้เกิดระเบิดได้หรือไม่ คำตอบก็คือ "มีโอกาสเป็นไปได้" ซึ่งเรื่องนี้มันเกี่ยวข้องกับการเกิดไฟฟ้าสถิตย์ อันนี้ต้องขอยกไปเป็นหัวข้อต่างหาก (การถ่ายโดยไม่ใช้อุปกรณ์ อาจทำโดยใช้การเท แรงโน้มถ่วง หรือความดันช่วย)

ส่วนประเด็นที่ว่า "เกิดความร้อน" และทำให้เกิดระเบิดนั้น ผมยังมองไม่ออกเลยว่ามันเกิดจากการถ่ายเทได้อย่างไร เว้นแต่ว่าอาจทำการถ่ายเทโดยใช้ปั๊ม และปั๊มเกิดปัญหาร่วมกับมีการรั่วไหล

เรื่องดังกล่าวยังไม่จบ โปรดรอคอยติดตามตอนต่อไป